1.本发明属于电力电子技术领域，更具体地，涉及一种紧凑型多耦合线圈混合有源滤波器的取能方法及装置。
背景技术：
2.在构建以新能源为主体的新型电力系统过程中，大力推进电能替代，以电代煤、以电代油，会使诸如冶金电炉、工业电锅炉、电窑炉等非线性负荷大量增加，会向电力系统中引入大量谐波，影响电能质量。在高
电压、大容量场合，混合有源滤波器因其结合了
无源滤波器和有源滤波器的优点，具备良好的滤波效果以及成本优势。
3.紧凑型多耦合线圈混合有源滤波器的无源部分采用了多耦合线圈结构，电感线圈之间存在互感，明显节省了电感线圈的占地面积。紧凑型多耦合线圈混合有源滤波器的有源部分采用注入耦合线圈，通过与多耦合线圈之间的互感，将补偿
电流注入到滤波支路中，省却了联接变压器，整体结构非常紧凑。
4.混合滤波器中有源滤波器部分工作时需要从外界吸收能量，以维持直流侧
电容电压的稳定，传统有源滤波器直接从电网取能，而紧凑型多耦合线圈混合有源滤波器则只能从无源滤波支路取能，滤波支路的电流通过耦合线圈变换成电压信号给有源变换器供能，有源耦合线圈电感值不大，滤波支路基波电流通过耦合电感变换到有源侧的电压较小，无法满足直流侧电容电压稳定的需求，从而使得系统无法稳定工作。
技术实现要素：
5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种紧凑型多耦合线圈混合有源滤波器的取能方法及装置，通过基波谐波协同供能的方法稳定直流侧电容电压，在滤波支路电流基波分量较小时仍可以保证直流侧电容电压的稳定。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种紧凑型多耦合线圈混合有源滤波器的取能方法，包括：
7.根据直流侧电容电压u
dc
、直流侧电容电压参考值u
dc,ref
及滤波支路电流if能够得到有功电流参考信号i
dc,ref
；
8.有功电流参考信号i
dc,ref
和有源逆变器内电感电流i0进行相减后，再由电流滞环控制得到逆变器的pwm控制信号。
9.在一些可选的实施方案中，所述根据直流侧电容电压u
dc
、直流侧电容电压参考值u
dc,ref
及滤波支路电流if能够得到有功电流参考信号i
dc,ref
，包括：
10.估计无源滤波支路电流if通过有源部分的注入耦合电感lg在有源侧感应电压归一化的基准指令信号i
dc0,ref
；
11.直流侧电容电压实时值u
dc
和直流侧电容电压参考值u
dc,ref
比较之后，通过pi环节得到表征吸收或发出能量大小的i
dc,ref
，i
dc,ref
和单位基准波形信号i
dc0,ref
相乘得到有功电流参考信号i
dc,ref
。
12.在一些可选的实施方案中，检测出无源滤波支路电流if后，对if进行微分运算，获取if在有源侧感应电压的波形，随后进行低通滤波，滤除高频成分，最后进行归一化运算获得单位基准波形信号i
dc0,ref
，通过i
dc0,ref
为有功电流参考信号i
dc,ref
提供各特征次谐波的相位信息。
13.按照本发明的另一方面，提供了一种紧凑型多耦合线圈混合有源滤波器的取能装置，包括：
14.直流侧电容电压控制模块，用于根据直流侧电容电压u
dc
、直流侧电容电压参考值u
dc,ref
及滤波支路电流if能够得到有功电流参考信号i
dc,ref
；
15.电流滞环控制模块，用于根据有功电流参考信号i
dc,ref
和有源逆变器内电感电流i0相减后的信号得到逆变器的pwm控制信号。
16.在一些可选的实施方案中，所述直流侧电容电压控制模块，用于估计无源滤波支路电流if通过有源部分的注入耦合电感lg在有源侧感应电压归一化的基准指令信号i
dc0,ref
；直流侧电容电压实时值u
dc
和直流侧电容电压参考值u
dc,ref
比较之后，通过pi环节得到表征吸收或发出能量大小的i
dc,ref
，i
dc,ref
和单位基准波形信号i
dc0,ref
相乘得到有功电流参考信号i
dc,ref
。
17.在一些可选的实施方案中，所述估计无源滤波支路电流if通过有源部分的注入耦合电感lg在有源侧感应电压归一化的基准指令信号i
dc0,ref
，包括：
18.检测出无源滤波支路电流if后，对if进行微分运算，获取if在有源侧感应电压的波形，随后进行低通滤波，滤除高频成分，最后进行归一化运算获得单位基准波形信号i
dc0,ref
，通过i
dc0,ref
为有功电流参考信号i
dc,ref
提供各特征次谐波的相位信息。
19.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
20.本发明采用的取能方法利用滤波支路电流的基波、谐波成分共同传输能量为直流侧电容供能，能够在滤波支路电流基波供能不足的情况下，保持直流侧电容电压的稳定。
附图说明
21.图1是本发明实施例提供的一种紧凑型多耦合线圈混合有源滤波器的拓扑结构；
22.图2是本发明实施例提供的一种基于基波、谐波协同传输能量的直流侧电容电压稳定控制策略。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
24.本发明实施例提供的一种紧凑型多耦合线圈混合有源滤波器的取能方法是一种基于基波谐波协同传输能量的直流侧电容电压稳定控制策略，其框图如图2所示。
25.其中，紧凑型多耦合线圈混合有源滤波器的拓扑如图1所示，无源部分为多耦合线圈三调谐无源滤波器，由电感l1、l2、l3、l4、l5构成，且l1、l2、l3、l4、l5之间存在互感。有源部
分的注入耦合线圈lg与无源部分的多耦合线圈结构中的电感l1、l2、l3、l4、l5之间均有互感。通过所提出的控制策略，可以控制有源部分输出到注入耦合线圈lg中的电流ig，以补偿负载谐波电流源引入到系统侧电流is中的谐波成分。
26.本发明实施例提供的一种紧凑型多耦合线圈混合有源滤波器的取能方法的总体控制框图如图2所示，主要由直流侧电容电压控制模块和电流滞环控制模块组成。在直流侧电容电压控制模块中，根据直流侧电容电压u
dc
、直流侧电容电压参考值u
dc,ref
、滤波支路电流if能够得到有功电流参考信号i
dc,ref
。根据有功电流参考信号i
dc,ref
和有源逆变器内电感电流i0之差后，再由电流滞环控制模块得到逆变器的pwm控制信号。
27.基于基波谐波协同传输能量的直流侧电容电压稳定控制策略如图2所示，由于有源部分与无源部分通过空间磁路耦合方式进行连接而存在的直流侧电容取能不足的问题，通过滤波支路电流if的基波、谐波成分共同传输能量，来稳定直流侧电容电压。由于紧凑型多耦合线圈混合有源滤波器的滤波支路电流if在有源部分的注入耦合线圈lg上感应出的电压可为直流侧电容提供能量，通过对滤波支路电流if进行微分、低通滤波和归一化，得到单位信号i
dc0,ref
，为有功电流参考信号i
dc,ref
提供各特征次谐波的相位信息。再结合直流侧电容电压u
dc
和u
dc,ref
的比较之后，通过pi环节得到的表征吸收或发出能量大小的i
dc,ref
，就可以得到有功电流参考信号i
dc,ref
，对直流侧电容电压进行控制。
28.本发明公开的一种紧凑型多耦合线圈混合有源滤波器的取能方法，利用基波、谐波协同传输能量，可以有效地稳定直流侧电容电压。
29.需要指出，根据实施的需要，可将本技术中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
30.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种紧凑型多耦合线圈混合有源滤波器的取能方法，其特征在于，包括：根据直流侧电容电压u
dc
、直流侧电容电压参考值u
dc,ref
及滤波支路电流i
f
能够得到有功电流参考信号i
dc,ref
；有功电流参考信号i
dc,ref
和有源逆变器内电感电流i0相减后，再由电流滞环控制得到逆变器的pwm控制信号。2.根据权利要求1所述的取能方法，其特征在于，所述根据直流侧电容电压u
dc
、直流侧电容电压参考值u
dc,ref
及滤波支路电流i
f
能够得到有功电流参考信号i
dc,ref
，包括：估计无源滤波支路电流i
f
通过有源部分的注入耦合电感l
g
在有源侧感应电压归一化的基准指令信号i
dc0,ref
；直流侧电容电压实时值u
dc
和直流侧电容电压参考值u
dc,ref
比较之后，通过pi环节得到表征吸收或发出能量大小的i
dc,ref
，i
dc,ref
和单位基准波形信号i
dc0,ref
相乘得到有功电流参考信号i
dc,ref
。3.根据权利要求2所述的取能方法，其特征在于，所述估计无源滤波支路电流i
f
通过有源部分的注入耦合电感l
g
在有源侧感应电压归一化的基准指令信号i
dc0,ref
，包括：检测出无源滤波支路电流i
f
后，对i
f
进行微分运算，获取i
f
在有源侧感应电压的波形，随后进行低通滤波，滤除高频成分，最后进行归一化运算获得单位基准波形信号i
dc0,ref
，通过i
dc0,ref
为有功电流参考信号i
dc,ref
提供各特征次谐波的相位信息。4.一种紧凑型多耦合线圈混合有源滤波器的取能装置，其特征在于，包括：直流侧电容电压控制模块，用于根据直流侧电容电压u
dc
、直流侧电容电压参考值u
dc,ref
及滤波支路电流i
f
能够得到有功电流参考信号i
dc,ref
；电流滞环控制模块，用于根据有功电流参考信号i
dc,ref
和有源逆变器内电感电流i0相减后的信号得到逆变器的pwm控制信号。5.根据权利要求4所述的取能装置，其特征在于，所述直流侧电容电压控制模块，用于估计无源滤波支路电流i
f
通过有源部分的注入耦合电感l
g
在有源侧感应电压归一化的基准指令信号i
dc0,ref
；直流侧电容电压实时值u
dc
和直流侧电容电压参考值u
dc,ref
比较之后，通过pi环节得到表征吸收或发出能量大小的i
dc,ref
，i
dc,ref
和单位基准波形信号i
dc0,ref
相乘得到有功电流参考信号i
dc,ref
。6.根据权利要求5所述的取能装置，其特征在于，所述估计无源滤波支路电流i
f
通过有源部分的注入耦合电感l
g
在有源侧感应电压归一化的基准指令信号i
dc0,ref
，包括：检测出无源滤波支路电流i
f
后，对i
f
进行微分运算，获取i
f
在有源侧感应电压的波形，随后进行低通滤波，滤除高频成分，最后进行归一化运算获得单位基准波形信号i
dc0,ref
，通过i
dc0,ref
为有功电流参考信号i
dc,ref
提供各特征次谐波的相位信息。
技术总结
本发明公开了一种紧凑型多耦合线圈混合有源滤波器的取能方法及装置，属于电力电子技术领域，方法的实现包括：根据直流侧电容电压u
技术研发人员：
邱军 陈柏超 陈耀军 熊友红 陈亮 刘宏兵 肖艳
受保护的技术使用者：
武汉钢铁有限公司
技术研发日：
2022.11.28
技术公布日：
2023/2/23
